论文摘要
STEP-NC是上世纪90年代中期提出的一种新型数控编程接口标准,它与现行标准G代码的本质区别在于:前者面向特征,强调加工什么,后者面向加工过程,强调如何加工。STEP-NC的发展将STEP延伸到了自动化加工的底层设备,并且凭借着自身的优势,有望取代G代码成为新的数控编程接口,所以STEP-NC也已成为近年来数控领域的研究热点。为促进STEP-NC在计算机数控系统中的应用,本文对STEP-NC的程序译码、特征扩充以及仿真实现等关键技术进行了研究。首先,介绍了STEP的结构体系,定义了EXPRESS到C++的映射规则。在此基础上,介绍了STEP-NC的数据模型和功能模块,对STEP-NC程序的文件格式进行了说明。阐述了STEP-NC中特征的概念及其分类和表示方法,并在ISO 14649-Part12所涉及的2维车削特征的基础上,针对车削中心进行了键槽和端面四方体特征的实体扩充,详细说明了各特征实体的属性,因而使得车削标准的适用范围拓展到了3维。程序译码是数控系统的首要任务,为此开发了STEP-NC程序译码器。论述了STEP-NC的译码方法,将译码器模块分为程序输入、程序行整理、实体识别、建立映射类库、特征参数化和刀轨规划6个模块,对各个模块的功能和实现方法进行了详细的说明。提出了STEP-NC类库设计准则,以基本实体类、加工特征类和操作类为例详细阐述了建立类库的方法。基于DLL的许多优点,描述了译码器DLL的设计思想,以及具体的实现方法,并就实际的调用进行了详细的介绍。最后,为了验证特征扩充的合理性以及译码器所生成的刀具轨迹信息的正确性,开发了基于STEP-NC的车削中心加工仿真系统。介绍了仿真工具的选用,并根据模块化设计思想,将STEP-NC仿真系统分成了两个模块:仿真准备和仿真运行。在第一阶段,完成插补计算并建立3维车削工件数据模型;第二阶段完成刀具扫描域的判断,进行工件外形更新和刀具位置更新,以达到仿真的目的。仿真结果证明了特征扩充的合理性和刀轨信息的正确性。